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步进电机无位置传感器控制

作　者: 胡定军
导　师: 周燕飞
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 混合式步进电机 无位置传感器 高频注入 卡尔曼滤波 MATALB DSP
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


尽管步进电机在数控机械等领域有着广泛的应用，但其开环控制存在失步等缺点，而且运用旋转编码器等机械传感器实现的闭环控制，往往受工作环境等影响，难以安装实现。因此研究采用无位置传感器检测步进电机转子位置和速度具有一定的现实意义和应用价值。本文以二相混合式步进电机为研究对象，基于脉动高频电压信号注入法和卡尔曼滤波原理，研究实现二相混合式步进电机的无位置传感器控制技术。本文主要工作如下：1）建立了二相混合式步进电机的数学模型，定义了电机的d-q坐标。建立了以DSP为核心的电机位置、电流双闭环控制系统模型，并实现了电机驱动、绕组电流检测等外围硬件电路。2）阐述了运用脉动高频电压信号注入法和卡尔曼滤波检测二相混合式步进电机转子位置的基本原理。基于冲量等效原理和正弦波脉宽调制原理，实现了驱动电压和高频注入电压的同时注入。运用MATLAB与DSP配合实现了FIR数字滤波和卡尔曼滤波，准确提取出了绕组电流中包含的电机转子位置信息。3）在MATLAB/Simulink环境下，建立了二相混合式步进电机无位置传感器控制系统的仿真模型，实现了步进电机无位置传感器控制的仿真；基于TMS320F2812搭建实验平台，编写了相关程序，完成了软硬件调试。仿真及试验验证了脉动高频电压信号注入法和卡尔曼滤波能够准确实时检测出低速时二相混合式步进电机转子位置，实现了步进电机的无位置传感器控制。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
注释表  11-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 引言  12-14
    1.1.1 步进电机概述  12
    1.1.2 步进电机分类  12-13
    1.1.3 步进电机应用中的问题  13-14
  1.2 无位置传感器研究现状  14-15
    1.2.1 步进电机无位置传感器控制研究现状  14-15
    1.2.2 基于高频信号注入法的无位置传感器控制研究现状  15
  1.3 本文的主要研究内容和结构  15-17
    1.3.1 本文主要研究内容  15-16
    1.3.2 本文内容结构  16-17
第二章 步进电机闭环控制  17-25
  2.1 二相混合式步进电机的数学模型  17-18
  2.2 二相混合式步进电机的闭环控制  18-24
    2.2.1 基于 DSP 的步进电机闭环控制  18-20
    2.2.2 双极性驱动  20-21
    2.2.3 绕组电流检测  21-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 步进电机无位置传感器控制  25-38
  3.1 脉动高频信号注入法  25-27
    3.1.1 脉动高频信号注入法基本原理  25-26
    3.1.2 位置信息提取  26-27
  3.2 卡尔曼滤波器  27-30
  3.3 高频电压注入法的 PWM 实现  30-35
    3.3.1 高频电压信号注入实现  30-32
    3.3.2 PWM 的 TMS320F2812 实现  32-35
  3.4 IQMATH 库  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 步进电机控制中的数字信号处理  38-53
  4.1 绕组电流 A/D 转换  38-43
    4.1.1 ADC 转换原理  38-39
    4.1.2 ADC 时钟的定标  39-40
    4.1.3 ADC 模块误差分析  40-43
  4.2 数字滤波  43-52
    4.2.1 数字滤波器概述  43
    4.2.2 FIR 数字滤波器设计方法  43-46
    4.2.3 FIR 滤波器基本结构  46-48
    4.2.4 FIR 滤波器的实现  48-51
    4.2.5 数字滤波器误差分析  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章 步进电机无位置传感器控制仿真及试验结果分析  53-66
  5.1 MATLAB 仿真  53-58
    5.1.1 仿真模型建立  53-55
    5.1.2 仿真结果分析  55-58
  5.2 软件开发平台  58-62
    5.2.1 CCS  58-59
    5.2.2 MATLAB 与 CCS 接口  59-62
  5.3 试验结果  62-65
    5.3.1 电机电流波形  62-64
    5.3.2 电机转子位置及速度检测结果  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 本文的工作总结  66
  6.2 课题的前景展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
在学期间的研究成果及发表的学术论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 步进式微电机
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